ДОКУМЕНТАЦИЈА ТЕХНИЧКОГ РЕШЕЊА

Transcript

1 ДОКУМЕНТАЦИЈА ТЕХНИЧКОГ РЕШЕЊА Стационарни соларни концентратор за добијање топлотне енергије ЦП ЛАБ Аутори техничког решења Проф. Др Милорад Бојић, ред. проф, Машински факултет у Крагујевцу Проф. Др Ненад Марјановић, ред. проф, Машински факултет у Крагујевцу Др Добривоје Ћатић, ван.проф., Машински факултет у Крагујевцу Др. Милан Матијевић, ван.проф., Машински факултет у Крагујевцу Др Милан Деспотовић, ван.проф. Машински факултет у Крагујевцу Др Весна Марјановић, доцент, Машински факултет у Крагујевцу Мр Иван Милетић, асистент, Машински факултет у Крагујевцу Наручилац техничког решења Пројекат ресорног министарства НПЕЕ Корисник техничког решења Машински факултет Крагујевац - Лабораторија за термодинамику и термотехнику Година када је техничко решење урађено Област технике на коју се техничко решење односи Машинство, енергетика

2 1. Опис проблема који се решава техничким решењем Постоји широко распрострањено мишљење да будућност припада такозваним нековенционалним енергетским изворима. Соларна енергија не може у потпуности да замени традиционалне енергетске изворе пошто сунце не сија током целог дана. Без обзира на то сматра се да соларни енергетски уређаји да имају озбиљан потенцијал. Употреба соларних концентратора је један од могућих начина развоја соларне енергије. Коришћење енергије сунца је веома актуелно како у Европи тако и у свету, међутим код нас још увек није узело пуно маха. Примена соларне енергије је махом за грејање потошне санитарне воде путeм равних пријемника топлоте и добијање електроенергије путем равних панела. Ово је један од покушаја концентрисања соларне енергије ради топлоте загревањем воде. Овај уређај развијен је као лабораторијски прототип који треба да покаже колика је могућност концентрисања соларног зрачења и његовог коришћења без употребе скупих соларних панела за производњу електричне енергије. 2. Стање решености проблема у свету приказ и анализа постојећих решења Научни радници UNESCO-вог Chair у Сверуском Истраживачком Институту за Електрификацију у Пољопривреди који води професор Д. Стребков пројектовали су хибридне системе соларних концентратора. Системи су веома високе ефикасности. Главне особине ових система су следеће: ниска цена киловата капацитета електране и могићност да се конструшу велике концентрационе станице без механизама за праћење сунца. Њихов концентрациони фактор је од 3.5 до 30. Циљ развоја соларног модула са параболично-цилиндричним концентраторима је на бази развијених система у Сверуском истраживачком институту за електрификацију у пољопривреди повећање коефицијента концентрације, повећање ефикасности искоришћења соларне енергије и смањење цене добијене топлотне енергије, а такође и израда ефективних соларних уређаја уграђених у фасаде и кровове зграда ради њиховог обезбеђења топлотом, врућом водом...

3 3. Суштина техничког решења Соларни стационарни параболично-цилиндрични несиметрични концентратор (НСПЦК) се састоји од рефлектора и апсорбера и не мења свој положај током рада (концентратор је стационарни). Концентратор је параболично-цилиндрични јер се рефлектор концентратора се састоји од две рефлектујуће површине од којих је једна параболична, а друга цилиндрична. Концентратор је несиметричан јер су те површине несиметричне. Концентратор је концентратор јер се соларно зрацење које падне на рефлекторе одбија од њих и фокусира тј. концентрише на апсорберу тј. на апсорберској површини. Услед соларног зрачења греје се вода која пролази кроз цеви које су причвршћене за специјално пројектован апсорбер. 4. Детаљан опис техничког решења (укључујући и пратеће илустрације и техничке цртеже) Рефлектујућа површина је направљена у виду половине параболоида (у вертикалном пресеку датом на слици 2 то је парабола). Соларни зраци који су паралелни равни симетрије целог параболоида (његовој фокалној равни) одбијају се од површине параболоида и фокусирају на једну линију која се назива линијом фокуса. Та линија је нормална на вертикални пресек, при чему продор кроз тај пресек представља тачку означену са F. Слика 1. Идејно решење соларног стационарног параболично-цилиндричног несиметричног концентратор Друга рефлектујућа површина је направљена у виду половине цилиндра (у вертикалном пресеку са слика 1 то је полукруг). Абсорбер соларног зрачења је направљен у виду тракастог паралелограма при чему се једна страница те траке је позиционирана у оси фокуса параболоидне рефлектујуће површине, а друга страница у централној оси полуцилиндричне рефлектујуће површине. Абсорбер апсорбује соларну енергију са његове обе стране и, претвара ту енергију у топлоту енергију.

4 Слика 2. Принцип рада соларног стационарног параболично-цилиндричног несиметричног концентратор Параболоидна рефлектујућа и фокусирајућа површина се карактерише углом отвора δ=42 и осом фокуса F (која представља оса фокуса + линија у којој се спаја параболоидна површина и цилиндрична површина тачка спајања параболе и кружног лука). Ширина соларног абсорбера у хоризонталној равни једнака је радијусу полуцилиндричног рефлектора. Фокална раван нагнута је ка хоризонталној равни под углом β. Соларни абсорбер је причвршћен у хоризонталној равни помоћу ослонаца. Угао β може се мењати у границама од β 1 = 113,75 - ϕ до β 2 = 66,25 - ϕ + δ, где је ϕ - географска ширина. У првом случају β 1 фокална раван параболичног рефлектора усмерена је на положај сунца 22. јуна (летњи солстицијум), а у другом случају β 2 фокална раван параболичног рефлектора (1) усмерена је на положај сунца 22. децембра (зимски солстициј). Концентратори соларног зрачења састоје се из два дела: абсорберског дела и рефлекторског део. Слика 3 приказује склопни цртеж хибридног концентратора. Слика 3. Тродимензионални модел концентратора

5 Слика 4. Склопни цртеж хибридног концентратора Слика 5. Попречни пресек алуминијумског носача Слика 6. Цевна мрежа апсорбера

6 Абсорберске плоче је од алуминијума и кроз њу су постављене бакарне цеви кроз које протиче вода за хлађење. Вода која пролази кроз абсорбер скупља ослобођену топлоту. Абсорбер концентратора има већи број цеви у абсорберу. Рефлектор се прави од специјално обликованог алуминијумског профила. Оригинални дизајн бифацијалног соларног модула веза панела са алуминијумским рамом показан је на слици 5 док је на слици 6 приказана цревна мрежа апсорбера. Слика 7 приказује цевну мрежу абсорбера. Слика 8. Рефлектујућа алуминијумска плоча Слика 9. Носачи рефлектора концентратора Овде је приказан већи део развијене пројектне документације хибридног соларног концентратора. На сликама приказано је тестирање реализованог концентратора у лабораторијским условима

7 Слика 10. Директно зрачење Слика 10. Зрачење са једним одбијањем Слика 11. Зрачење са два одбијања

8 Слика 12. Зрачење са одбијањем само од цилиндричног дела За праћење карактеристика, сакупљање, приказивање и чување података коришћен је софтвер LabVIEW. Слика 13. Модуларни приказ уноса сигнала преко LabVIEW Слика 12. Кориснички интерфејс LabVIEW

9 Snaga, W Solarno zračenje, W/m Snaga, W Solarno zračenje, W/m Vreme DESNA, Snaga, W Solarno zračenje, W/m2 Слика 14. Неки од резултата мерења карактеристика концентратора 5 Литература [1] D. Mills, G.L. Morrison, Optimisation of minimum backup solar water heating system, Сolar Energy 74 (2003) [2] Y. Tripanagnostopoulos, M. Сouliotis, Integrated collector storage solar systems with asymmetric CPC reflectors, Renewable Energy 29 (2004) [3] Russian UNEСCO Chairs Newsletter, New Generation of Сolar Concentrators, UNEСCO Chair Renewable Power Engineering and Electrification of Agriculture [4] D. Сtrebkov, I. Tyukhov, F. Vignola, С. Clouston, R. Rogers, new solar combined concentrator technology in Oregon, Oregon institute of technology, oit.edu/adx/ aspx/adxgetmedia.aspx? DocID=4202, 2769, 7,1, Documents & MediaID =1585& Filename =igor4+ases.doc, retrived 14. Сept [5] M. Bojić, M., D. Ćatić, M. Matijević, I. Miletić (2007) Stationary solar hybrid concentrator for generation of electricity and heat (algorithm of design work on 1 st phase of the project), Elaborat, Faculty of Mechanical Engineering at Kragujevac. [6] M. Bojić, N. Marjanović, I. Miletić, A. Mitić, V. Сtefanović, Сome Characteristics of Heat Production by Сtationary Parabolic, Cylindrical Сolar Concentrator, March 16 to March 18, 2009, Phuket, Thailand. Proceedings of the IAСTED International Conference on Сolar Energy (СOE 2009), Editor: M.H. Hamza, pp

10

11

12